(57)【要約】【課題】  管径を細くして、かつ、高い効率が得られる放電灯を提供する。【解決手段】  ガラス管２の両端部に、それぞれ電子放射性物質が塗布された電極３を備え、ガラス管２は、発光物質を含むガスが封入され、内面に蛍光体が塗布されて成り、ガラス管２の管径が６．５ｍｍ以下であり、ガラス管２に封入されたガスが、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガス、或いは、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガスを主体とする混合ガスである放電灯１を構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス管の両端部に、それぞれ電子放射性物質が塗布された電極を備え、
前記ガラス管は、発光物質を含むガスが封入され、内面に蛍光体が塗布されて成り、
前記ガラス管の管径が６．５ｍｍ以下であり、
前記ガラス管に封入されたガスが、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガス、或いは、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガスを主体とする混合ガスである
ことを特徴とする放電灯。
【請求項２】
前記封入ガスが、Ｎｅを含む混合ガスであり、Ｎｅの比率が５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の放電灯。
【請求項３】
前記封入ガスの全圧が１０〜６０Ｔｏｒｒであることを特徴とする請求項１に記載の放電灯。
【請求項４】
ガラス管の両端部に、それぞれ電子放射性物質が塗布された電極を備え、
前記ガラス管は、発光物質を含むガスが封入され、内面に蛍光体が塗布されて成り、
前記ガラス管の管径が６．５ｍｍ以下であり、
前記ガラス管に封入されたガスが、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガス、或いは、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガスを主体とする混合ガスである放電灯を備えた
ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱陰極型の放電灯等の放電灯及び放電灯を備えた照明装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源用として、蛍光体を利用した放電灯が用いられている。
このように蛍光体を利用した放電灯としては、熱陰極型の放電灯や冷陰極型の放電灯が挙げられる。
【０００３】
熱陰極型の放電灯は、ガラス管の両端部に、フィラメント又はコイルを有する電極を備え、ガラス管内の空間にアルゴン等のガスと水銀が封入されると共に、ガラス管の内面に蛍光体が塗布された構成である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
冷陰極型の放電灯は、ガラス管の両端部に、電極を備え、ガラス管内の空間にアルゴン等のガスと水銀が封入されると共に、ガラス管の内面に蛍光体が塗布された構成である。なお、冷陰極型の放電灯は、電極に、フィラメントやコイルを設けない。
【０００５】
特に、熱陰極型の放電灯は、発光効率が高く輝度も高いことから、照明に用いられる他に、液晶ディスプレイのバックライトとしても用いられる。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２５１０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の熱陰極型の放電灯は、２０ｍｍ程度の太い管径であったため、小型機器の液晶ディスプレイのバックライトには適していない。
一方、冷陰極型の放電灯は、陰極における電圧の降下が大きいため、発光効率が悪くなる。
【０００８】
そのため、熱陰極型の放電灯において、管径を細くして、かつ、高い効率が得られることが望まれる。
【０００９】
上述した問題の解決のために、本発明においては、管径を細くして、かつ、高い効率が得られる放電灯及びこの放電灯を備えた照明装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放電灯は、ガラス管の両端部に、それぞれ電子放射性物質が塗布された電極を備え、ガラス管は、発光物質を含むガスが封入され、内面に蛍光体が塗布されて成り、ガラス管の管径が６．５ｍｍ以下であり、ガラス管に封入されたガスが、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガス、或いは、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガスを主体とする混合ガスであるものである。
また、本発明の照明装置は、上記本発明の放電灯を備えたものである。
【００１１】
上述の本発明の放電灯の構成によれば、ガラス管に封入されたガスが、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガス、或いは、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガスを主体とする混合ガスであることにより、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅが冷陰極型の放電灯等に用いられているＮｅと比較して熱伝導率が小さいことから、熱伝導による損失を抑制して、発光効率を高くすることができる。
そして、ガラス管の管径が６．５ｍｍ以下と細いため、細い放電灯を構成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
上述の本発明の放電灯によれば、放電灯の発光効率を高くすることができることから、消費電力を低減し、輝度を高くすることができる。
また、放電灯の管径を細くすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る放電灯を備えた照明装置（例えば液晶ディスプレイのバックライト装置）は、放電灯の消費電力を低減することができるため、照明装置の消費電力も低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施の形態として、放電灯の概略構成図を図１に示す。
この放電灯１は、細長いガラス管２の両端部にそれぞれ電極３が設けられ、各電極３に２本のリード線（導入線）が接続されている。
ガラス管２の内面には、蛍光体層２Ａ（図２参照）が形成されている。
また、ガラス管２の内部には、アルゴンＡｒ等の希ガスと発光物質である水銀Ｈｇが封入されている。
【００１５】
また、図１の放電灯１の左端部の電極３付近の拡大図を図２に示す。
電極３は、コイル部４Ａとこのコイル部４Ａから繋がる第１のリード部４Ｂ及び第２のリード部４Ｃとから成るヒータ４を備える。ヒータ４は、タングステン（Ｗ）或いはレニウムタングステン（Ｒｅ−Ｗ）等の線材から構成される。
ヒータ４は、線材を螺旋状に巻いたものを、線材同士が互いに接触しないように更に二重或いは三重の螺旋状に巻いて略円筒型のコイル部４Ａを形成し、コイル部４Ａの後端から２本のリード部４Ｂ，４Ｃが延びる形状となっている。
【００１６】
また、ヒータ４は、電子放射性物質３Ａ、例えば、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒ、カルシウムＣａから成る３元アルカリ土類金属酸化物により被覆されている。
なお、電子放射性物質３Ａとしては、その他の物質、例えば二元のバリウム酸化物を用いてもよい。
【００１７】
ヒータ４を二重又は三重の螺旋構造としたことにより、コイル部４Ａを形成するために長い線材が必要となることから、コイル部４Ａの表面積を増加させることができるため、コイル部４Ａに塗布される電子放射性物質の量を増やすことができ、電極３の寿命を延ばすことが可能となる。
ヒータ４を形成する線材としては、２５μｍ〜７０μｍ程度の直径のものが用いられるが、二重の螺旋構造とした場合の巻きやすさと、強度を両立できる太さとしては、例えば、４５μｍ〜５５μｍ程度の直径が望ましい。
【００１８】
電極３は、ヒータ４を支持する第１のヒータタブ５Ａと、第２のヒータタブ５Ｂとを備える。第１のヒータタブ５Ａには、ヒータ４の第１のリード部４Ｂの後端側が、溶接により接続される。第２のヒータタブ５Ｂには、ヒータ４の第２のリード部４Ｃの後端側が、溶接により接続される。
第１のヒータタブ５Ａ及び第２のヒータタブ５Ｂは、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４）等の板材から成る。
【００１９】
電極３は、第１のヒータタブ５Ａと第２のヒータタブ５Ｂを介して、リード線（導入線）６Ａ，６Ｂにそれぞれ接続されている。リード線（導入線）６Ａ，６Ｂは互いが略平行で、ガラス管２の端部を外部から内部へと貫通している。
第１の導入線６Ａのガラス管２の内部へ延びている部分の先端側に、第１のヒータタブ５Ａが溶接により接続されている。第２の導入線６Ｂのガラス管２の内部へ延びている部分の先端側に、第２のヒータタブ５Ｂが溶接により接続されている。
このように、リード線（導入線）６Ａ，６Ｂに支持される電極３は、ヒータ４のコイル部４Ａがガラス管２の管軸に沿った縦型の配置となっている。このため、放電によって生じるイオンは、主にコイル部４Ａの先端に衝突することになり、コイル部４Ａの側面では、イオンの衝突による電子放射性物質の飛散が発生しにくい。
また、電極３は、コイル部４Ａの後端側から延びる２本のリード部４Ｂ，４Ｃでヒータ４を導入線６Ａ，６Ｂに支持しているので、ヒータ４にはテンションがかからないことから、断線が発生しにくい。
【００２０】
さらに、電極３にスリーブ７を備えていることにより、電子放射性物質３Ａの飛散や蒸発を防いでいる。スリーブ７は飛散防止部材の一例で、ニッケルＮｉ、モリブデンＭｏ等により構成され、両端が開口した円筒形状を有している。
スリーブ７は、内側にヒータ４のコイル部４Ａが略平行となる向きで挿入され、スリーブリード８によって第１のヒータタブ５Ａに取り付けられている。これにより、スリーブ７はコイル部４Ａの先端側と後端側を開放した形態でコイル部４Ａの周囲を覆っている。
スリープリード８は、第１のヒータタブ５Ａ及び第２のヒータタブ５Ｂと同様に、例えば、ステンレスＳＵＳ３０４）で構成される。また、スリープリード８は第２のヒータタブ５Ｂに固定してもよい。
【００２１】
ここで、スリーブ７の内径は、ヒータ４のコイル部４Ａの外径より大きく、スリーブ７の内側にヒータ４のコイル部４Ａを略平行となる向きで挿入したときに、スリーブ７にコイル部４Ａが接触しないように構成される。
また、スリーブ７の外径がガラス管２の内径より小さく、スリーブ７とガラス管２が接触しないように構成される。
さらに、スリーブ７の開口端面７Ａより、コイル部４Ａの先端部が突出しない位置関係となるように、スリーブ７が取り付けられている。なお、スリーブ７とヒータ４の位置関係は、スリーブ７の開口端面７Ａよりコイル部４Ａの先端部が内側に入り込んでいる位置関係が望ましいが、スリーブ７の開口端面７Ａとコイル部４Ａの先端部が同一面に位置していても良い。
また、スリーブ７の長さはコイル部４Ａの長さより長くなっており、コイル部４Ａの側面全体がスリーブ７で覆われている。
【００２２】
ガラス管２の内面の蛍光体層２Ａの塗布範囲は、電極３のスリーブ７の開口端面７Ａより若干外側となる位置までとしている。この蛍光体層２Ａの塗布範囲が、放電灯１の発光部分となる。
【００２３】
本実施の形態の放電灯１は、特に、ガラス管２の内部に封入するガスを、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガスとする、或いは、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅの中から選ばれた１種以上のガスを主体とする混合ガスとする。
これにより、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅが、比較的熱伝導が小さいガスであるため、熱伝導による損失を低減して、発光効率を高くすることができる。
【００２４】
さらに、より好ましくは、ガラス管２内に封入するガスの全圧を１０〜６０Ｔｏｒｒの範囲とする。
このような範囲内の圧力とすることにより、放電灯１の発光効率を特に高くすることができる。
そして、上記圧力範囲は、通常使用されている熱陰極管のガス圧力（１０Ｔｏｒｒ未満、３〜８Ｔｏｒｒ程度）よりも高いため、封入ガスイオンによる電極へのイオン衝撃が低減され、放電灯１を長寿命化することができる。
【００２５】
また、本実施の形態の放電灯１は、ガラス管２の管径が一様であり、かつガラス管２の管径が６．５ｍｍ以下である構成となっている。
これにより、ガラス管２の端部に排気管がなく、細い管径とすることが可能になる。また、放電灯１の無効発光長を少なくすることができる。
そして、ガラス管２の管径が６．５ｍｍ以下と細いため、細い放電灯１を構成することができる。
より好ましくは、ガラス管２の管径を２ｍｍ〜３ｍｍ程度と細くする。
【００２６】
なお、封入ガスがＮｅを含む混合ガスである構成とする場合には、混合ガス中のＮｅの比率を５０％以下とすることが望ましい。
これは、Ｎｅは比較的熱伝導が大きいため、混合ガス中のＮｅの含有量が多いと、損失が多くなって発光効率を充分高くすることができなくなるためである。
【００２７】
次に、本実施の形態の放電灯１の動作について説明する。
まず、各電極３に例えば５Ｖ程度の電圧を印加し、ヒータ４で電子放射性物質３Ａを加熱する。そして、リード線（導入線）６Ａ，６Ｂを通じて、両電極３の間に高周波で例えば６００Ｖの電圧を印加する。これにより、電子放射性物質３Ａから電子が放出され、両電極３間にグロー放電が発生する。
なお、両電極３間にグロー放電が発生した後は、両電極３間に例えば３００Ｖ程度の電圧を印加すると共に、各電極３に例えば３Ｖ程度の電圧を印加するような制御を行う。このとき、管電流は５〜３０ｍＡ、例えば１０ｍＡで放電を維持する。
電子放射性物質３Ａから放出され加速された電子は、水銀原子に衝突し、水銀原子を励起する。励起された水銀原子は紫外線を放出する。この紫外線が、蛍光体層２Ａの蛍光体により可視光に変換されて、放電灯１が発光する。
【００２８】
放電中に生じたイオンは、電極３に衝突し、電子放射性物質３Ａを飛散させる要因となるが、コイル部４Ａがガラス管２の管軸に沿った縦方向に配置されるので、イオンは主にコイル部４Ａの先端部に衝突する。このため、コイル部４Ａの側面の大部分では電子放射性物質３Ａの飛散が抑えられる。
また、コイル部４Ａがスリーブ７に挿入され、スリーブ７の開口端面がコイル部４Ａの先端部より突出していることから、コイル部４Ａの先端部へのイオンの衝突も低減される。これにより、長期間にわたって電子放射性物質の枯渇を抑えることができる。
従って、電極３は、長期間にわたり電子を放出することができるため、電極３の寿命を延ばすことができる。
【００２９】
さらに、スリーブ７を備えない場合には、蒸発した電子放射性物質がガラス管２の内面に蒸着する。
これに対して、本実施の形態では、コイル部４Ａがスリーブ７に挿入されているため、ヒータ４から蒸発した電子放射性物質がスリーブ７の内面に蒸着される。そして、ヒータ４が加熱されることにより、スリーブ７も加熱され、スリーブ７に付着している電子放射性物質からも電子が放出される。よって、電極３の寿命を延ばすことができる。
このように電極３の寿命を延ばすことができるため、放電灯１の長寿命化を図ることができる。
【００３０】
また、ヒータ４がスリーブ７に挿入されていることにより、熱輻射によって低電圧で所望の温度まで加熱することができる。例えば、予熱時に印加する電圧を、例えば、５Ｖ程度から３Ｖ程度までに下げることができる。
【００３１】
ところで、一般に、封入ガスの種類又は圧力を変えると、陽光柱の電位勾配が変化し、管電圧が変化することが知られている。
この変化は、封入ガスの種類によって異なる。例えば、ＨｅやＮｅ等の熱伝導性の良いガスは、圧力を高めると、ヒータを一定温度に保つための消費電力が増えることがわかった。
これは、放電灯の消費電力が増えることとなり、効率が劣化することになる。
【００３２】
ここで、封入ガスの圧力やガス種類を変えて、ヒータの温度とヒータが消費する電力との関係を調べた。
圧力の変化としては、Ａｒガスを用いて、圧力を２５Ｔｏｒｒ、６０Ｔｏｒｒ、９０Ｔｏｒｒとした状態で、それぞれヒータの温度と電力との関係を測定した。
ガス種類としては、Ｎｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスを用いて、それぞれ圧力６０Ｔｏｒｒとした状態で、ヒータの温度と電力との関係を測定した。
また、比較対照として、真空中の場合も測定した。
測定結果を図３に示す。
【００３３】
図３より、封入ガスの圧力を高くすると、封入ガスとヒータとの熱伝導が増大するため、消費電力が増えて、効率が劣化することがわかる。
また、Ｎｅガスを用いた場合には消費電力が大きいが、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスを用いた場合には消費電力をＮｅガスよりも小さくなることがわかる。
【００３４】
次に、封入ガスのガス種類や混合比を変えて、封入ガスの圧力と発光の効率との関係を調べた。
ガス種類と混合比としては、Ａｒ１００％、Ａｒ５０％−Ｎｅ５０％、Ａｒ５％−Ｎｅ９５％、Ｋｒ５０％−Ｎｅ５０％、Ｘｅ５０％−Ｎｅ５０％として、それぞれ圧力と効率との関係を測定した。
測定結果を図４に示す。縦軸の効率は、ｌｍ／Ｗである。
なお、バックライトに通常用いられている冷陰極型の放電灯の効率は、５０〜５５［ｌｍ／Ｗ］程度である。
【００３５】
図４より、Ａｒガスを主体としてＡｒガスの比率を変えた場合、Ａｒガスの比率が大きいほど、効率の最大値が大きくなることがわかる。
なお、Ａｒガスの比率の変化に伴って、効率が最大値となる圧力が高圧側にシフトしていくような傾向も見られる。
また、ガスの種類を変えた場合、Ａｒは比較的低圧側で効率が高いのに対して、ＫｒやＸｅは比較的高圧側で効率が高くなっている。
【００３６】
さらに、圧力を前述した１０〜６０Ｔｏｒｒの範囲とすると、いずれのガスを用いても、５５［ｌｍ／Ｗ］以上の効率が得られ、効率が高くなることがわかる。
【００３７】
＜実施例＞
次に、実際に図１及び図２に示した構成の放電灯１を作製して、特性を調べた。
ガラス管２の管径を２ｍｍとし、ガラス管２内に封入するガスをＡｒ９５％−Ｎｅ５％の混合ガスとし、ガラス管２内の封入ガスの圧力を２０Ｔｏｒｒとして、放電灯１を作製した。
【００３８】
次に、この実施例の放電灯１を、１０．６インチのエッジライト型液晶バックライトに搭載して、冷陰極型の放電灯を搭載したバックライトと、それぞれ消費電力を測定した。
測定の結果、本実施例の放電灯１は、消費電力が３．３６Ｗの冷陰極型の放電灯と比較して、消費電力が２．４３Ｗに低減されており、バックライトの消費電力も４．５Ｗから３．０Ｗへと約３５％低減されることがわかった。
【００３９】
このように本発明の放電灯では、消費電力を低減することができ、放電灯を備えた照明装置（例えば液晶ディスプレイのバックライト装置）の効率を高めて、輝度を向上させることも可能になる。
また、例えば、バックライトに使用されている冷陰極型の放電灯は、電流を６ｍＡからさらに増加させて使用すると寿命が短くなるのに対して、本発明の放電灯を使用すれば電流を３０ｍＡ程度までは増加して使用できるため、寿命も長くすることが可能である。
【００４０】
上述の実施の形態では、電極３を図２に示したヒータ４とスリーブ７とを有する構成としたが、本発明に係る蛍光管は、図２に示した構成に限らず、様々な構成を採用することができる。
【００４１】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態の放電灯の概略構成図である。
【図２】図１の放電灯の左端部の電極付近の拡大図である。
【図３】封入ガスの圧力やガス種類を変えたときの、ヒータの温度とヒータが消費する電力との関係を示す図である。
【図４】封入ガスのガス種類や混合比を変えたときの、封入ガスの圧力とヒータが消費する電力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  放電灯、２  ガラス管、２Ａ  蛍光体層、３  電極、３Ａ  電子放射性物質、４  ヒータ、７  スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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